Образование звукового поля вблизи шумозащитного экрана на примере испытаний в натурных условиях

А.Е. Шашурин, Ю.С. Бойко, В.В. Светлов

Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, г. Санкт-Петербург, Россия

Аннотация

В статье представлены результаты измерений уровней звука и уровней звукового давления вблизи шумозащитного экрана. Сделаны выводы о свойствах звукового поля вблизи экрана и точности полученных данных, выявлены основные недостатки методики проведения измерений, сделаны предложения по дальнейшей работе в рассматриваемом направлении.

Существование современного города невозможно представить без развитой транспортной инфраструктуры. Увеличивая комфорт для населения, создавая новые дороги, развивая транспорт, в то же время, происходит негативное влияние на среду обитания, которая нас окружает. В последние годы особенное беспокойство жителям городов причиняет повышенный шум. Проблема защиты от шума в городах становится все более острой; по данным московских ученых повышенный шум входит в тройку наиболее острых экологических проблем современных городов [1].

Главным источником акустического загрязнения в городах по-прежнему остаётся автомобильный транспорт, негативное влияние которого на людей постоянно возрастает из-за непрерывного роста числа транспортных средств. К основным источникам, вызывающим жалобы жителей на шум, также относятся строительные работы.

К настоящему времени в градостроительстве как в подходах к созданию шумозащиты, так и в требованиях к снижению шума в городах, произошли серьезные изменения. Стоимость шумозащиты нередко достигает 20 % стоимости строительства автотранспортного сооружения, и цена ошибки в расчетах или неучет тех или иных особенностей искусственных сооружений, высока. Требуется увеличивать точность акустических расчетов. Во многих случаях возникает необходимость учитывать сложные процессы шумообразования и распространения звука, которые в существующих нормативно-технических документах не рассмотрены. Это, в частности, особенности процессов шумообразования от линейных источников, процессы дифракции на сложных искусственных сооружениях, особенности затухания звуковых полей.

Одним из основных средств защиты от шума на пути распространения от источника шума до защищаемого объекта (рабочее место, жилая застройка и пр.) являются шумозащитные (акустические) экраны. Шумозащитные экраны (далее – ШЭ) устанавливаются для защиты жилой застройки от транспортного шума вдоль автомобильных и железных дорог, или вокруг локальных источников шума. В ЕС, США, Японии, Южной Корее установлены десятки тысяч километров ШЭ вдоль автомобильных и железных дорог. В производстве ШЭ в мире заняты сотни фирм. Исследования шумозащитных экранов (или шумозащитных барьеров) были выполнены в нашей стране и за рубежом. Среди ученых, которые внесли существенный вклад в решение этой проблемы, следует отметить: В.А. Аистова, Н.И. Иванова, Г.Л. Осипова, П.И. Поспелова, Б.Г. Пруткова, И.Л. Шубина, Тюрину Н.В., Минину Н.Н в нашей стране и Д. Маекаву, Д. Аренаса, Ж. Курце, М. Крокера, А. Андертона за рубежом.

До недавнего времени в нашей стране акустические экраны для шумозащиты применялись достаточно редко, опыта расчёта, проектирования и производства эффективных современных экранов не было. Первые акустические экраны в большом количестве были установлены при строительстве МКАД (более 13 км) во второй половине 90-х годов, что выявило необходимость их производство и проектирования.

За эти годы разработаны несколько теорий расчета эффективности шумозащитных экранов, основанных как на распространении геометрического луча за экран (Маекава Д.), так и с расчетом эффективности экрана с учетом поля вокруг него (Иванов Н.И., Тюрина Н.В). Последняя теория отличается от привычной тем, что при расчете эффективности экрана учитываются поле вблизи экрана, звукопоглощение и дифракции на свободных ребрах экрана. Но эта теория имеет ряд допущений и поэтому требует доработки.

Для определения звукового поля вблизи экрана был поставлен эксперимент по определению уровней шума у экрана.

Рассматриваемый экран установлен вдоль Кольцевой автомобильной дороги Санкт-Петербурга для защиты селитебной территории от шума автотранспорта. Экран имеет высоту 4 м, состоит из звукопоглощающих панелей из оцинкованной стали, в качестве звукопоглощающего материала используется минеральная вата. Панели установлены между металлическими стойками (двутаврами). Каждая панель имеет размеры 0,5 м на 1 м, которые плотно соединены друг с другом.

Измерительные точки выбирались на расстоянии 0,1 м; 0,5 м; 2 м от экрана и на различных расстояниях от экрана. Размещение точек измерения и результаты эксперимента указаны на рис. 1-2 и в табл. 1.

Рис.1 Расположение точек измерения (ТИ) звукового поля вблизи экрана

Результаты измерений уровней звука и уровней звукового давления вблизи экрана

Таблица 1

 

Рис 2. Результаты измерений уровней звука и уровней звукового давления вблизи экрана

Как видно из результатов измерения поле перед экраном однородно, не отличается более, чем на 1,5-2 дБА. На некоторых частотах имеются отклонения до 5 дБ. Уровни звука непосредственно вблизи экрана (на расстоянии 0,1 м) имеют меньшие значения, чем уровни на больших расстояниях (0,5 м и 2 м), что говорит о минимальном вкладе отраженного звука в ближнее поле экрана (т.е. о высоких звукопоглощающих свойствах экрана). Также это может свидетельствовать о погрешности в измерениях, так как перед экраном установлено барьерное ограждение и возможно оно искажает результаты измерения. Для исключения этого предполагается провести испытания по той же методике, но без помех на пути распространения звука к экрану.

Изначально, авторами при проведении эксперимента проверялась теория распространения шума от источника шума к экрану, с учетом звукопоглощения поверхности между экраном и источником шума, далее звуковая энергия с учетом отражения от земли и самого экрана, а также с учетом звукопоглощения самого экрана поднимается на верхнее дифрагирующее ребро. Согласно испытаниям, проведенным на рассматриваемом экране, эта теория не подтверждается, в связи с чем предполагается провести дополнительные измерения на различных экранах (без звукопоглощения и со звукопоглощением), с барьерным ограждением и без барьерного ограждения, чтобы исключить погрешности в измерениях.

Изучение на практике реального звукового поля перед экраном даст возможность разработать более точную методику для определения эффективности экрана с учетом акустических свойств экрана и дифракции на свободных ребрах экрана.

Литература

1. Постановление Правительства Москвы «О концепции снижения уровней шума и вибрации в городе Москве» от 16 октября 2007 г. № 896-ПП.

2. Автореферат диссертации на соискание доктора техн. наук Тюриной Н.В. «Проблема снижения шума в жилой застройке и на рабочих местах в помещениях акустическими экранами», БГТУ «Военмех» СПБ, 2015г.